《工程材料》配套PPT

《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 2022/10/115.1 概述概述14 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素 5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼ferrittic stainless steels 5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼matensitic stainless steels 5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼austenitic stainless steels 5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼dual-phase stainless steels第第5章不銹鋼章不銹鋼stainless steel1、均勻腐蝕（、均勻腐蝕（general attack）腐蝕均勻地在材料的表面產(chǎn)生，損壞大量的腐蝕均勻地在材料的表面產(chǎn)生，損壞大量的材料。容易發(fā)現(xiàn)，危害性不是很大。材料。容易發(fā)現(xiàn)，危害性不是很大。2、點(diǎn)腐蝕（、點(diǎn)腐蝕（point corrosion）由于應(yīng)力等原因使腐蝕集中在材料表面不大由于應(yīng)力等原因使腐蝕集中在材料表面不大的區(qū)域，向深處發(fā)展，最后甚至能穿透金屬。的區(qū)域，向深處發(fā)展，最后甚至能穿透金屬。圖圖 5-15-1各種腐蝕類型各種腐蝕類型 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕腐蝕腐蝕5.1概述概述5.1.1金屬腐蝕類型金屬腐蝕類型3、晶界腐蝕（、晶界腐蝕（intergranular corrosion）晶界腐蝕是指腐蝕過(guò)程是沿著晶界進(jìn)行的，晶界腐蝕是指腐蝕過(guò)程是沿著晶界進(jìn)行的，其危害性最大。其危害性最大。圖圖5.2晶間腐蝕晶間腐蝕4、應(yīng)力腐蝕（、應(yīng)力腐蝕（stress corrosion）鋼在拉應(yīng)力狀態(tài)下能發(fā)生應(yīng)力鋼在拉應(yīng)力狀態(tài)下能發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞的現(xiàn)象。腐蝕破壞的現(xiàn)象。沒(méi)有什么預(yù)兆，所以其危害性也沒(méi)有什么預(yù)兆，所以其危害性也是比較大的。是比較大的。5、磨損腐蝕（、磨損腐蝕（corrosion wear）在腐蝕介質(zhì)中同時(shí)有磨損，腐在腐蝕介質(zhì)中同時(shí)有磨損，腐蝕和磨損相互促進(jìn)、蝕和磨損相互促進(jìn)、相互加速的現(xiàn)象稱為磨損腐蝕。相互加速的現(xiàn)象稱為磨損腐蝕。應(yīng)應(yīng)力力腐腐蝕蝕裂裂紋紋圖圖5.3應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕2022/10/11一、對(duì)不銹鋼性能要求及影響其耐蝕性因素一、對(duì)不銹鋼性能要求及影響其耐蝕性因素性性能能要要求求 （1 1）不銹鋼具有較高的耐蝕性）不銹鋼具有較高的耐蝕性 （2 2）不銹鋼應(yīng)具有一定的力學(xué)性能。很多）不銹鋼應(yīng)具有一定的力學(xué)性能。很多構(gòu)件是在腐蝕介質(zhì)下承受一定的載荷構(gòu)件是在腐蝕介質(zhì)下承受一定的載荷 （3 3）不銹鋼應(yīng)有良好的工藝性能。管材、）不銹鋼應(yīng)有良好的工藝性能。管材、板材、型材等要經(jīng)過(guò)加工變形制成構(gòu)件，如板材、型材等要經(jīng)過(guò)加工變形制成構(gòu)件，如容器、管道、鍋爐等。因此不銹鋼的工藝性容器、管道、鍋爐等。因此不銹鋼的工藝性也很重要，主要有焊接性、冷變形性等。也很重要，主要有焊接性、冷變形性等。2022/10/11二、腐蝕介質(zhì)對(duì)鋼耐蝕性的影響二、腐蝕介質(zhì)對(duì)鋼耐蝕性的影響金屬的金屬的耐蝕性耐蝕性 與介質(zhì)的種類、濃度、與介質(zhì)的種類、濃度、溫度和壓力等環(huán)境條件有溫度和壓力等環(huán)境條件有密切的關(guān)系密切的關(guān)系 必須根據(jù)工作介質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)正確必須根據(jù)工作介質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)正確選擇使用不銹耐蝕鋼鋼種。選擇使用不銹耐蝕鋼鋼種。1、在大氣、水、水蒸氣等弱腐蝕介質(zhì)。、在大氣、水、水蒸氣等弱腐蝕介質(zhì)。13Cr 2、氧化性介質(zhì)，如硝酸。易形成鈍化的氧化、氧化性介質(zhì)，如硝酸。易形成鈍化的氧化 膜，膜，17Cr，Cr越高越好；越高越好；3、非氧化性酸，如稀硫酸。在、非氧化性酸，如稀硫酸。在17Cr基礎(chǔ)基礎(chǔ) +Mo、Cu；4、強(qiáng)有機(jī)酸，在、強(qiáng)有機(jī)酸，在Cr-Mn型不銹鋼基礎(chǔ)上，加型不銹鋼基礎(chǔ)上，加 入入Mo、Cu；5、含有、含有Cl-離子的介質(zhì)，如海水，離子的介質(zhì)，如海水，Cl-很小，有很小，有很大腐蝕性。加入很大腐蝕性。加入Ti、Nb2022/10/11三、三、提高不銹鋼耐蝕性途徑提高不銹鋼耐蝕性途徑 （1）形成穩(wěn)定保護(hù)膜，）形成穩(wěn)定保護(hù)膜，Cr、Al、Si有效。有效。（2）固溶體電極電位或形成穩(wěn)定鈍化區(qū)固溶體電極電位或形成穩(wěn)定鈍化區(qū)Cr、Ni、Si：Ni貴而緊缺，貴而緊缺，Si易使鋼脆化，易使鋼脆化，Cr是理想的。是理想的。（3）獲得單相組織）獲得單相組織 Ni、Mn 單相奧氏單相奧氏體組織。體組織。（4）機(jī)械保護(hù)措施或復(fù)蓋層，如電鍍、發(fā)）機(jī)械保護(hù)措施或復(fù)蓋層，如電鍍、發(fā)蘭、涂漆等方法。蘭、涂漆等方法。不不銹銹鋼鋼分分類類 M不銹鋼：不銹鋼：12Crl340Crl3等等Crl3型型 14Crl7Ni2、95Cr18等等 F不銹鋼：如不銹鋼：如06Cr17Ti，12Cr25Ti，008Cr27Mo等等 A不銹鋼：具有單相不銹鋼：具有單相A組織，如組織，如 06Cr18Ni9、12Crl8Mn8Ni5N等等 A-F復(fù)相不銹鋼：如復(fù)相不銹鋼：如12Cr21Ni5Ti 沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼05Cr17Ni4Cu4Nb05Cr17Ni4Cu4Nb5.1.2不銹鋼的組織與分類不銹鋼的組織與分類2022/10/11鐵鐵素素體體形形成成元元素素占占優(yōu)優(yōu)勢(shì)勢(shì)：F 奧奧 氏氏 體體 形形 成成 元元 素素 占占 優(yōu)優(yōu) 勢(shì)勢(shì)：A 奧奧氏氏體體形形成成元元素素不不足足以以使使馬馬氏氏體體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變 Ms點(diǎn)點(diǎn)降降至至室室溫溫以以下下：Ml鉻當(dāng)量Cr Cr+1.5Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75Wl鎳當(dāng)量NiNiCo+0.5Mn+30C+30N+0.3Cu圖5-4不銹鋼的組織圖鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的綜合作用結(jié)果決定不銹鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的綜合作用結(jié)果決定不銹鋼的組織鋼的組織 組織狀態(tài)圖。組織狀態(tài)圖。合金元素對(duì)組織的影響合金元素對(duì)組織的影響2022/10/11本章內(nèi)容 5.1 概述概述5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素 5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼2022/10/115.2影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素（GB12201992）一、合金元素對(duì)一、合金元素對(duì)Fe電極電位的影響電極電位的影響圖5-5Cr對(duì)Fe-Cr合金電極電位影響不銹鋼的組織圖rCr鉻與鐵的摩爾比Tammann定律定律 將較穩(wěn)定的將較穩(wěn)定的A組元組元加入到較活潑的加入到較活潑的B組組元固溶體中，當(dāng)元固溶體中，當(dāng)A組組元含量達(dá)元含量達(dá)n/8原子比原子比時(shí)，固溶體電極電位時(shí)，固溶體電極電位突然升高，耐蝕性也突然升高，耐蝕性也有一急劇變化。也稱有一急劇變化。也稱為二元合金固溶體電為二元合金固溶體電位的位的n/8定律定律2022/10/11 12.5%摩爾比摩爾比12.552/(12.552+87.555.8）11.7重量比重量比 23.7重量比重量比 35.9重量比重量比 因此，因此，11.7是不銹鋼是不銹鋼Cr的最低含量，但由于鋼的最低含量，但由于鋼中有中有C的緣故，一部分碳與的緣故，一部分碳與Cr形成碳化物，為使固溶體形成碳化物，為使固溶體中的中的Cr量不少于量不少于11.7，實(shí)際不銹鋼中含，實(shí)際不銹鋼中含Cr量不低于量不低于13。不銹鋼中的不銹鋼中的Cr含量含量2022/10/11二、二、合金元素對(duì)不銹鋼基體組織的影響合金元素對(duì)不銹鋼基體組織的影響 不銹鋼的基體組織是獲得所需力學(xué)性能和不銹鋼的基體組織是獲得所需力學(xué)性能和良好耐蝕性的保證，使鋼在室溫下得到單相組良好耐蝕性的保證，使鋼在室溫下得到單相組織（織（A，F(xiàn)），就可以減少微電池的數(shù)量，提），就可以減少微電池的數(shù)量，提高耐蝕性。高耐蝕性。合金元素影響：合金元素影響：1)一類是擴(kuò)大奧氏體形成元素：一類是擴(kuò)大奧氏體形成元素：C，N，Mn，Ni,Cu等等 2)一類是一類是F形成元素：形成元素：Cr，Si，Ti，Nb，Mo等等2022/10/111、鉻元素的作用、鉻元素的作用Cr是決定鋼是決定鋼耐蝕性的主耐蝕性的主要元素要元素 固溶體電極電位固溶體電極電位表面形成致密氧化膜表面形成致密氧化膜Cr 耐蝕性的作用符合耐蝕性的作用符合n/8定律定律2、碳和氮的作用、碳和氮的作用C：C，強(qiáng)度，強(qiáng)度，冷變形性、焊接性冷變形性、焊接性、耐耐 蝕性；綜合因素蝕性；綜合因素 碳量應(yīng)盡可能地低碳量應(yīng)盡可能地低N：穩(wěn)定：穩(wěn)定A組織，組織，強(qiáng)度，又能保持好的塑韌強(qiáng)度，又能保持好的塑韌 性，性，耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕 三類：控氮型（三類：控氮型（0.050.10%）中氮型（中氮型（0.100.40%）高氮型（高氮型（0.40%）3、其它元素的影響、其它元素的影響 Ni是奧氏體形成元素，能適當(dāng)提高固溶體電是奧氏體形成元素，能適當(dāng)提高固溶體電極電位；能形成單相奧氏體極電位；能形成單相奧氏體；錳可部分代錳可部分代Ni，但不單獨(dú)加入，但不單獨(dú)加入；鈦和鈮能形成穩(wěn)定鈦和鈮能形成穩(wěn)定K，固定，固定C，使，使Cr固溶于基固溶于基體，從而防止晶界腐蝕體，從而防止晶界腐蝕;鉬能鉬能不銹鋼鈍化能力，擴(kuò)大鈍化介質(zhì)范圍不銹鋼鈍化能力，擴(kuò)大鈍化介質(zhì)范圍2022/10/11本章內(nèi)容 5.1 概述概述 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼2022/10/115.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼用作受力不大的耐酸和抗氧化結(jié)構(gòu)件用作受力不大的耐酸和抗氧化結(jié)構(gòu)件F不銹鋼一般都是含不銹鋼一般都是含Cr量較高的量較高的Fe-Cr-C合金合金,不能熱處理強(qiáng)化。不能熱處理強(qiáng)化。（1）Cr13型型 如如06Cr13，06Cr13Al等；等；（2）Cr17型型 如如10Cr17,019Cr17Ti,10Cr17Mo等；等；（3）Cr25-30型型 如如16Cr25N，14Cr25Ti，008Cr30Mo2等。等?；颈咎靥攸c(diǎn)點(diǎn)含碳量含碳量15Cr時(shí)，隨時(shí)，隨Cr其脆化傾向也其脆化傾向也。在。在400525長(zhǎng)時(shí)間加熱或緩慢冷卻時(shí)，鋼就變得很脆長(zhǎng)時(shí)間加熱或緩慢冷卻時(shí)，鋼就變得很脆,以以475加熱為最甚加熱為最甚.原因原因:在脆化在脆化T范圍內(nèi)長(zhǎng)期停留時(shí)，鉻有序化范圍內(nèi)長(zhǎng)期停留時(shí)，鉻有序化相相（80Cr20Fe），與母相共格，與母相共格大內(nèi)應(yīng)力。大內(nèi)應(yīng)力。AK （3）金屬間化合物金屬間化合物相的形成相的形成 相具有高硬度，有大的體積效應(yīng)，且常沿晶界相具有高硬度，有大的體積效應(yīng)，且常沿晶界分布，所以使鋼產(chǎn)生了很大的脆性分布，所以使鋼產(chǎn)生了很大的脆性 2022/10/11采用采用淬火和退火淬火和退火溫度如圖溫度如圖5.7所示。所示。區(qū)為晶間腐蝕，區(qū)為晶間腐蝕，區(qū)區(qū)相析出區(qū)，相析出區(qū)，475脆性區(qū)。脆性區(qū)。870950淬火水冷避開(kāi)上述淬火水冷避開(kāi)上述區(qū)，區(qū)，560800退火就要避開(kāi)退火就要避開(kāi)區(qū)、區(qū)、區(qū)的動(dòng)力學(xué)時(shí)間。區(qū)的動(dòng)力學(xué)時(shí)間。圖5-6鐵素體不銹鋼的熱處理工藝二、二、F不銹鋼熱處理不銹鋼熱處理2022/10/11本章內(nèi)容 5.1 概述概述 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素 5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼2022/10/115.4馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 5.4.1馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn)馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn) 這類鋼主要含這類鋼主要含1218%Cr，淬火冷卻能產(chǎn)生，淬火冷卻能產(chǎn)生M。但耐但耐蝕性、塑性和焊接性能較其他不銹鋼差。蝕性、塑性和焊接性能較其他不銹鋼差。一、馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn)一、馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn).馬氏體不銹鋼可分為三類：馬氏體不銹鋼可分為三類：（1 1）Cr13Cr13型，有型，有12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13 （2 2）高碳高鉻鋼，如）高碳高鉻鋼，如95Cr18、90Cr18MoV等；等；（3 3）低碳）低碳17%Cr-2%Ni17%Cr-2%Ni鋼，如鋼，如14Cr17Ni2。思考題：思考題：40Cr13為什么是過(guò)共析鋼為什么是過(guò)共析鋼?9 5Cr18含含Cr已達(dá)已達(dá)18%，但只是耐大氣腐蝕不，但只是耐大氣腐蝕不銹鋼銹鋼?12Cr13：M+F20Cr13：M30Cr13：M40Cr13：M+K類似于類似于調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼制造不銹制造不銹結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)件類似于類似于工具鋼工具鋼制造耐蝕制造耐蝕工具（手工具（手術(shù)刀等）術(shù)刀等）2022/10/115.4.2 馬氏體不銹鋼熱處理馬氏體不銹鋼熱處理 常用的熱處理工藝有常用的熱處理工藝有軟化處理軟化處理、調(diào)質(zhì)處理和淬火、調(diào)質(zhì)處理和淬火+低溫回火。低溫回火。軟軟化化處處理理軟化處理有兩種方法：軟化處理有兩種方法：一是進(jìn)行高溫回火一是進(jìn)行高溫回火，將鍛軋件加熱，將鍛軋件加熱至至700800保溫保溫26小時(shí)后空冷，使小時(shí)后空冷，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。另外也可以采用完全退火另外也可以采用完全退火。840-900，2-4h，25 /h冷至冷至600 空冷，空冷，組織為：組織為：F碳化物碳化物2022/10/11調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)處處理理 12Cr13、20Cr13常用于結(jié)構(gòu)件常用于結(jié)構(gòu)件調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)。因?yàn)殂t因?yàn)殂t抗回火性和抗回火性和AC1點(diǎn)，所以調(diào)質(zhì)回點(diǎn)，所以調(diào)質(zhì)回火溫度也相應(yīng)火溫度也相應(yīng).通常為通常為640700?；鼗鸷髴?yīng)采用油冷回火后應(yīng)采用油冷?淬淬火火低低回回 30Cr13、40Cr13常做有一定耐蝕性的工常做有一定耐蝕性的工具，所以采用淬火低溫回火。具，所以采用淬火低溫回火。T淬淬在在10001050，為減少變形，可用硝鹽分級(jí)冷，為減少變形，可用硝鹽分級(jí)冷卻。組織為馬氏體卻。組織為馬氏體+碳化物碳化物+少量少量AR圖圖5-7 4Cr13鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織貝氏體貝氏體+碳碳化物化物+殘余奧氏體殘余奧氏體硬度：硬度：491HV圖圖5-8 4Cr13熱處理后組織熱處理后組織回火馬回火馬氏體氏體+碳化物碳化物硬度：硬度：710HV貝氏體+碳化物+殘余奧氏體回火馬氏體+碳化物(a)(b)2022/10/11本章內(nèi)容 5.1 概述概述 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素 5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼2022/10/115.5奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼分類（按化學(xué)成分分）：分類（按化學(xué)成分分）：CrNi，CrMnN，CrMnNiN圖5-9單相奧氏體組織 奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的耐酸鋼，約占不銹奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的耐酸鋼，約占不銹鋼總產(chǎn)量的鋼總產(chǎn)量的2/3。奧氏體不銹鋼優(yōu)點(diǎn)如下：。奧氏體不銹鋼優(yōu)點(diǎn)如下：具有很高的耐腐蝕性；具有很高的耐腐蝕性；塑性好，容易加工變形成各種形狀鋼材；塑性好，容易加工變形成各種形狀鋼材；加熱時(shí)沒(méi)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，焊接性好；加熱時(shí)沒(méi)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，焊接性好；韌度和低溫韌度好，一般情況下沒(méi)有冷脆韌度和低溫韌度好，一般情況下沒(méi)有冷脆傾向，有一定的熱強(qiáng)性；傾向，有一定的熱強(qiáng)性；不具有磁性；不具有磁性；價(jià)格較貴，切削加工較困難，導(dǎo)熱性差。價(jià)格較貴，切削加工較困難，導(dǎo)熱性差。2022/10/115.5.1奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn)奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn) 奧氏體不銹鋼的主要成分是奧氏體不銹鋼的主要成分是Cr和和Ni，18Cr和和8Ni的配合是世界各國(guó)奧氏體不銹鋼的典型成分。的配合是世界各國(guó)奧氏體不銹鋼的典型成分。Cr+Ni=18+8=26耐蝕電位接近耐蝕電位接近n/8定定律中律中n=2的電位值的電位值具有良好鈍化性能具有良好鈍化性能單相奧氏體組織單相奧氏體組織 耐蝕性達(dá)到耐蝕性達(dá)到較高的水平較高的水平.Cr、Ni再再,更為優(yōu)良更為優(yōu)良 Ti、Nb:穩(wěn)定穩(wěn)定K，抗晶間腐蝕的能力；抗晶間腐蝕的能力；Mo:不銹鋼鈍化作用，不銹鋼鈍化作用，點(diǎn)腐蝕傾向，點(diǎn)腐蝕傾向，鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性；鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性；Cu:鋼在硫酸中的耐蝕性；鋼在硫酸中的耐蝕性；Si:鋼抗應(yīng)力腐蝕斷裂的能力。鋼抗應(yīng)力腐蝕斷裂的能力。平衡態(tài)時(shí)為奧氏體平衡態(tài)時(shí)為奧氏體+鐵素體鐵素體+碳化物組織，碳化物組織，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)固溶處理固溶處理后獲得了單相奧氏體后獲得了單相奧氏體?，F(xiàn)現(xiàn)象象 奧氏體不銹鋼焊接后，在腐蝕介奧氏體不銹鋼焊接后，在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，在離焊縫不遠(yuǎn)處會(huì)產(chǎn)質(zhì)中工作時(shí)，在離焊縫不遠(yuǎn)處會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕。生嚴(yán)重的晶間腐蝕。原原因因 在焊縫及熱影響區(qū)在焊縫及熱影響區(qū)(450800)，沿晶界析出了沿晶界析出了K（Cr,Fe）23C6，晶，晶界附近區(qū)域產(chǎn)生貧界附近區(qū)域產(chǎn)生貧Cr區(qū)（低于區(qū)（低于1/8定律的臨界值）。定律的臨界值）。5.5.2 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕2022/10/11圖圖5-11晶間腐蝕晶間腐蝕圖5-10晶間腐蝕貧Cr區(qū)示意敏敏化化處處理理 在在Cr-Ni奧氏體不銹鋼中，在奧氏體不銹鋼中，在450800的溫度范圍內(nèi)時(shí)效處理，可考的溫度范圍內(nèi)時(shí)效處理，可考察不銹鋼晶間腐蝕的敏感性。敏化處察不銹鋼晶間腐蝕的敏感性。敏化處理和敏感性的關(guān)系通常用理和敏感性的關(guān)系通常用TTS（Time-Temperature-Sensitivation）曲線來(lái)）曲線來(lái)表示，如圖表示，如圖5-12所示。所示。敏化處理后，在金相組織上可看敏化處理后，在金相組織上可看到碳化物沿著晶界析出。到碳化物沿著晶界析出。2022/10/11圖圖圖圖5-125-12奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的TTSTTS曲線曲線曲線曲線 曲線曲線1 1表示鋼開(kāi)始產(chǎn)生晶間腐蝕，曲線表示鋼開(kāi)始產(chǎn)生晶間腐蝕，曲線2 2是由于時(shí)間充分，晶是由于時(shí)間充分，晶間腐蝕傾向已不再出現(xiàn)，也就是產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象結(jié)束線。曲間腐蝕傾向已不再出現(xiàn)，也就是產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象結(jié)束線。曲線包圍的區(qū)域是產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度、時(shí)間范圍。線包圍的區(qū)域是產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度、時(shí)間范圍。?經(jīng)強(qiáng)經(jīng)強(qiáng)Ti、Nb合金化的不合金化的不銹鋼稱為穩(wěn)定性鋼銹鋼稱為穩(wěn)定性鋼.這種鋼析出這種鋼析出K的溫度范圍的溫度范圍可分成兩個(gè)區(qū)域，如圖可分成兩個(gè)區(qū)域，如圖5-13。曲線曲線1表示析出表示析出M23C6型型K的富的富Cr區(qū)域，曲線區(qū)域，曲線2是產(chǎn)生是產(chǎn)生晶間腐蝕的區(qū)域，曲線晶間腐蝕的區(qū)域，曲線3表表示析出示析出MC型型K的區(qū)域。的區(qū)域。?在僅有在僅有MCMC型型K K析出的區(qū)域，沒(méi)有晶析出的區(qū)域，沒(méi)有晶間腐蝕傾向間腐蝕傾向。圖圖圖圖5-135-13奧氏體不銹鋼晶界的奧氏體不銹鋼晶界的奧氏體不銹鋼晶界的奧氏體不銹鋼晶界的CrCr2323C C6 6析出析出析出析出2022/10/11 為防止為防止A不銹鋼的晶間腐蝕，可采取以下措施：不銹鋼的晶間腐蝕，可采取以下措施：（1）降低鋼中的含）降低鋼中的含C量；量；（2）加入）加入Ti、Nb，析出特殊，析出特殊K，穩(wěn)定組織；，穩(wěn)定組織；（3）進(jìn)行）進(jìn)行10501100的的固溶處理固溶處理，保證，保證Cr含量；含量；（4）對(duì)非穩(wěn)定性）對(duì)非穩(wěn)定性A不銹鋼進(jìn)行不銹鋼進(jìn)行退火處理退火處理，使，使A成成分均勻化分均勻化，消除貧，消除貧Cr區(qū)區(qū);（穩(wěn)定化處理？）（穩(wěn)定化處理？）（5）對(duì)穩(wěn)定性鋼，通過(guò)退火熱處理（穩(wěn)定化處理）對(duì)穩(wěn)定性鋼，通過(guò)退火熱處理（穩(wěn)定化處理）形成形成Ti、Nb的特殊的特殊K，以穩(wěn)定固溶體中，以穩(wěn)定固溶體中Cr含量，含量，保證含保證含Cr量水平量水平.2022/10/115.5.3奧氏體不銹鋼的熱處理奧氏體不銹鋼的熱處理15固溶處理固溶處理：奧氏體不銹鋼的固溶處理溫度一般奧氏體不銹鋼的固溶處理溫度一般為為10501150，比較常用，比較常用10501100。為了保證為了保證高溫奧氏體不發(fā)生分解，固溶處理后冷速應(yīng)較快。高溫奧氏體不發(fā)生分解，固溶處理后冷速應(yīng)較快。一般情況下，多采用水冷。一般情況下，多采用水冷。固溶處理是奧氏體不銹鋼最大程度的軟化處理。固溶處理是奧氏體不銹鋼最大程度的軟化處理。由于這時(shí)的奧氏體具有最大的合金度，所以也具有由于這時(shí)的奧氏體具有最大的合金度，所以也具有最高的耐蝕性能。最高的耐蝕性能。2022/10/11圖5.14奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化退火工藝2022/10/11穩(wěn)穩(wěn)定定化化處處理理 也稱為穩(wěn)定化退火。這種處理只是也稱為穩(wěn)定化退火。這種處理只是在含在含Ti、Nb的的A不銹鋼中使用。合理不銹鋼中使用。合理選擇穩(wěn)定化處理的溫度和時(shí)間，選擇穩(wěn)定化處理的溫度和時(shí)間，獲獲得最佳的效果。得最佳的效果。一一般般原原則則 高于高于Cr23C6的溶解溫度而低于的溶解溫度而低于TiC的的溶解溫度。通常采用溶解溫度。通常采用850950，保溫，保溫24h后空冷，如圖后空冷，如圖5-14所示。在穩(wěn)定化所示。在穩(wěn)定化退火過(guò)程中，能將退火過(guò)程中，能將Cr23C6轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)門(mén)iC，徹底消除晶間腐蝕傾向。徹底消除晶間腐蝕傾向。2022/10/115.5.4錳氮奧氏體不銹鋼錳氮奧氏體不銹鋼 由于由于Ni在全球都在全球都是稀缺資源，為了節(jié)是稀缺資源，為了節(jié)省省Ni，我國(guó)研制了很，我國(guó)研制了很多節(jié)多節(jié)Ni和無(wú)和無(wú)Ni的奧氏的奧氏體不銹鋼。大約有三體不銹鋼。大約有三種：種：Cr-Mn，以，以Mn代代Ni;Cr-Mn-N，以，以Mn，N代代Ni;Cr-Mn-Ni-N，以，以Mn，N代替部分代替部分Ni.圖5-15Fe-Cr-Mn（0.1%C）650 時(shí)等溫截面2022/10/11氮含量受到溶解度的限氮含量受到溶解度的限制，一般的氮含量在制，一般的氮含量在0.30.5%以下。以下。用用Mn，N完全代替完全代替Ni，很難得到單一的很難得到單一的A，但鋼，但鋼中少加點(diǎn)中少加點(diǎn)Ni就能得到單就能得到單相相A組織。組織。代表：代表：12Cr18Mn8Ni5N應(yīng)用：化肥，磷酸，醋應(yīng)用：化肥，磷酸，醋酸等工業(yè)的耐蝕構(gòu)件酸等工業(yè)的耐蝕構(gòu)件圖5-16 Ni對(duì)Cr-Mn-N鋼組織的影響比較F，M，A不銹鋼的各自性能特點(diǎn)?2022/10/11本章內(nèi)容 5.1 概述概述 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素影響不銹鋼組織和性能的因素 5.3 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼 5.4 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼 5.5 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼5.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼2022/10/115.6 雙相不銹鋼雙相不銹鋼近幾十年發(fā)展起來(lái)的新鋼種近幾十年發(fā)展起來(lái)的新鋼種組織：組織：AF成分：成分：18-26Cr4-7NiMn，Mo，Cu，Ti，W，N等等特點(diǎn)：兼具特點(diǎn)：兼具F不銹鋼和不銹鋼和A不銹鋼的特性不銹鋼的特性1.A的存在降低了鋼的脆性，提高了鋼的可焊性和的存在降低了鋼的脆性，提高了鋼的可焊性和韌性韌性2.F的存在提高了鋼的屈服強(qiáng)度，抗應(yīng)力腐蝕敏感的存在提高了鋼的屈服強(qiáng)度，抗應(yīng)力腐蝕敏感性，性，AF降低了鋼晶間腐蝕的傾向降低了鋼晶間腐蝕的傾向3.熱處理：熱處理：1000-1100淬火得到淬火得到60F40A圖5-4不銹鋼的組織圖本章小結(jié)本章小結(jié) 不銹鋼主要矛盾是耐蝕性和強(qiáng)度的合理兼顧。不銹鋼主要矛盾是耐蝕性和強(qiáng)度的合理兼顧。對(duì)于一定成分的不銹鋼，要達(dá)到預(yù)定耐蝕性和力對(duì)于一定成分的不銹鋼，要達(dá)到預(yù)定耐蝕性和力學(xué)性能，關(guān)鍵是熱處理工藝。不同類型或成分的學(xué)性能，關(guān)鍵是熱處理工藝。不同類型或成分的不銹鋼適用于不同介質(zhì)的工作環(huán)境不銹鋼適用于不同介質(zhì)的工作環(huán)境 耐蝕能力遵循耐蝕能力遵循n/8規(guī)律。規(guī)律。A不銹鋼主要問(wèn)題是不銹鋼主要問(wèn)題是晶界腐蝕。措施晶界腐蝕。措施:從合金化角度考慮從合金化角度考慮,C含量和含量和加入加入Ti、V元素元素;從熱處理工藝考慮，應(yīng)根據(jù)各合從熱處理工藝考慮，應(yīng)根據(jù)各合金金K形成形成、溶解、析出的規(guī)律，設(shè)計(jì)和制定熱處溶解、析出的規(guī)律，設(shè)計(jì)和制定熱處理工藝參數(shù)。理工藝參數(shù)。核心合金元素核心合金元素Cr，n/8規(guī)律規(guī)律-（Tammanna）定律）定律鐵素體鐵素體不銹鋼不銹鋼特點(diǎn)：具有抗氧化性腐蝕介質(zhì)能力，特點(diǎn)：具有抗氧化性腐蝕介質(zhì)能力，脆性大脆性大,475,475脆脆,相脆相脆,晶粒粗大，晶粒粗大，多在退火態(tài)使用，多在退火態(tài)使用，應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于硝酸、化肥工業(yè)。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于硝酸、化肥工業(yè)。06Cr13Al,10Cr1506Cr13Al,10Cr1510Cr17,10Cr17Mo10Cr17,10Cr17Mo16Cr25N16Cr25NCr13-25Cr13-25馬氏體馬氏體不銹鋼不銹鋼特點(diǎn)：具有抗水等腐蝕介質(zhì)能力，特點(diǎn)：具有抗水等腐蝕介質(zhì)能力，Cr13型有回火脆性，多在淬型有回火脆性，多在淬-回火強(qiáng)化回火強(qiáng)化態(tài)使用。態(tài)使用。應(yīng)用：用于耐蝕的結(jié)構(gòu)件和工具。應(yīng)用：用于耐蝕的結(jié)構(gòu)件和工具。20Cr13-40Cr1320Cr13-40Cr1390Cr18MoV90Cr18MoV14Cr17Ni214Cr17Ni2Cr13-25Cr13-25奧氏體奧氏體不銹鋼不銹鋼特點(diǎn)：具有抗酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)能力，特點(diǎn)：具有抗酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)能力，塑韌性好，有晶界腐蝕傾向，固溶塑韌性好，有晶界腐蝕傾向，固溶處理、穩(wěn)定化處理等處理、穩(wěn)定化處理等應(yīng)用：應(yīng)用廣泛、用量最大。應(yīng)用：應(yīng)用廣泛、用量最大。06Cr18Ni11Ti06Cr17Ni12Mo2Ti12Cr18Mn9Ni6N022Cr19Ni1018-8型型Cr-Mn雙相雙相不銹鋼不銹鋼特點(diǎn)：特點(diǎn)：A+F具有抗應(yīng)力腐蝕和晶界具有抗應(yīng)力腐蝕和晶界腐蝕能力，腐蝕能力，A+M強(qiáng)度高；調(diào)節(jié)兩相強(qiáng)度高；調(diào)節(jié)兩相比例可改變性能比例可改變性能應(yīng)用：尿素等工業(yè)，航空航天工業(yè)。應(yīng)用：尿素等工業(yè)，航空航天工業(yè)。022Cr25Ni7Mo4N07Cr17Ni7Al12Cr21Ni5Ti等等Cr-NiCr-Mn2022/10/11思考題下列是什么鋼種?鋼中合金元素的作用?使用狀態(tài)組織?019Cr17Ti，20Cr13，40Cr13，95Cr18，12Cr17Ni2，12Crl8Ni9Ti，022Cr19Ni10，12Crl8Ni12Mo2Ti，12Cr18Mn8Ni5N。2022/10/11 蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪，航空工業(yè)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪，航空工業(yè)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，以及航天、艦船、石油和化工等工業(yè)部門(mén)的許多工以及航天、艦船、石油和化工等工業(yè)部門(mén)的許多工作部件在高溫下工作。因?yàn)槭窃诟邷叵路?，所以作部件在高溫下工作。因?yàn)槭窃诟邷叵路?，所以這些零部件技術(shù)要求比較苛刻。通常把在高溫條件這些零部件技術(shù)要求比較苛刻。通常把在高溫條件工作的鋼稱為工作的鋼稱為耐熱鋼耐熱鋼。耐熱鋼應(yīng)具有兩方面的基本性能，耐熱鋼應(yīng)具有兩方面的基本性能，一是有良好的一是有良好的高溫強(qiáng)度和塑性，二是有足夠高的高溫穩(wěn)定性高溫強(qiáng)度和塑性，二是有足夠高的高溫穩(wěn)定性。根。根據(jù)不同服役條件，常常將耐熱鋼分為據(jù)不同服役條件，常常將耐熱鋼分為熱強(qiáng)鋼和熱穩(wěn)熱強(qiáng)鋼和熱穩(wěn)定性鋼定性鋼兩大類。兩大類。第第6章耐熱鋼章耐熱鋼heat resistant steel2022/10/11本章內(nèi)容本章內(nèi)容k6.1 概述概述 6.2 熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼 6.3 抗氧化鋼抗氧化鋼鍋爐管鍋爐管2022/10/116.1概述概述6.1.1金屬的抗氧化性金屬的抗氧化性一、氧化膜與氧化規(guī)律一、氧化膜與氧化規(guī)律 鐵氧化物類型有鐵氧化物類型有FeO、Fe2O3、Fe3O4三種。三種。FeFeOFe3O4Fe2O3O2圖6-1 570 以上Fe氧化膜示意圖2022/10/11 570以下，氧化膜由以下，氧化膜由Fe2O3和和Fe3O4組成；組成；570以上，氧化膜由以上，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和和FeO氧化物組成，約氧化物組成，約1:10:100.570以上鐵的氧化過(guò)程大大地加速，遵守以上鐵的氧化過(guò)程大大地加速，遵守拋物線規(guī)律拋物線規(guī)律.形形成成規(guī)規(guī)律律vFeO：結(jié)構(gòu)疏松，冷卻分解：結(jié)構(gòu)疏松，冷卻分解應(yīng)力，應(yīng)力，結(jié)合力弱，易剝落；結(jié)合力弱，易剝落；vFe2O3、Fe3O4：結(jié)構(gòu)致密，和基體結(jié)：結(jié)構(gòu)致密，和基體結(jié)合好。合好。2022/10/11v氧化速度與時(shí)間關(guān)系：1）直線關(guān)系vMg、Na、Ca等氧化膜，不完整、不連續(xù)。2）拋物線關(guān)系:離子擴(kuò)散vFe、Co、Ni、Cu、Mn3）對(duì)數(shù)規(guī)律vCr、Al、Si圖6-2氧化增量和時(shí)間的關(guān)系2022/10/11二、提高鋼抗氧化性的途徑二、提高鋼抗氧化性的途徑 1、提高鋼氧化膜穩(wěn)定性提高鋼氧化膜穩(wěn)定性 FeO的形成溫度的形成溫度;FeO的形成溫度的形成溫度,又優(yōu)先形成穩(wěn)定氧化物又優(yōu)先形成穩(wěn)定氧化物 Cr、Al、Si。途途徑徑例例子子 如：如：1.03Cr，F(xiàn)eO形成溫度為形成溫度為600；1.14Si，F(xiàn)eO形成溫度為形成溫度為 750；Cr、Al量高時(shí)，鋼的表面可生成致密的量高時(shí)，鋼的表面可生成致密的Cr2O3或或Al2O3保護(hù)膜。保護(hù)膜。2022/10/112 2、形成致密、穩(wěn)定的氧化膜、形成致密、穩(wěn)定的氧化膜 Cr、Al、Si、Ti等，逐步形成以合金元等，逐步形成以合金元素氧化物為主或合金元素氧化物的氧化膜，素氧化物為主或合金元素氧化物的氧化膜，如如Al2O3、SiO2、Cr2O3等等致密、穩(wěn)定。致密、穩(wěn)定。2022/10/11圖6-3 合金元素對(duì)鋼抗氧化性的影響滲鋁，滲Cr或者在金屬表面涂覆保護(hù)性的薄膜也是常用的方法2022/10/116.1.2鋼的熱強(qiáng)性鋼的熱強(qiáng)性v金屬在高溫下長(zhǎng)時(shí)間承受載荷時(shí)，工件在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生破裂，工件在遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力的情況下會(huì)連續(xù)或緩慢地發(fā)生塑性變形。v金屬室溫力學(xué)性能與高溫力學(xué)性能的主要差別在于：高溫下金屬的力學(xué)性能還要受到溫度和時(shí)間的影響。圖6-4 40 號(hào)鋼強(qiáng)度對(duì)溫度和時(shí)間變化2022/10/111.蠕變及蠕變極限v蠕變工作溫度大于再結(jié)晶溫度，工作應(yīng)力高于彈性極限時(shí)，金屬在一定溫度和靜載和長(zhǎng)時(shí)間作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形現(xiàn)象。v不同材料在不同條件下得到的蠕變曲線不同，v同一材料的蠕變曲線也隨著應(yīng)力和溫度而不同。一、鋼的熱強(qiáng)性能指標(biāo)一、鋼的熱強(qiáng)性能指標(biāo)(略)2022/10/11 蠕變極限是試樣在一定溫度下和在規(guī)定的蠕變極限是試樣在一定溫度下和在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的蠕變變形量（總的或殘余持續(xù)時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的蠕變變形量（總的或殘余的）或蠕變速率等于某規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力。的）或蠕變速率等于某規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力。例如：例如：,表示在表示在700時(shí)，持續(xù)時(shí)間為時(shí)，持續(xù)時(shí)間為 10000 h，產(chǎn)生蠕變總變形量為，產(chǎn)生蠕變總變形量為1%的蠕變極限。的蠕變極限。2022/10/11v2、持久強(qiáng)度、持久強(qiáng)度v 持久強(qiáng)度極限是試樣在一定溫度和規(guī)定的持續(xù)持久強(qiáng)度極限是試樣在一定溫度和規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)引起斷裂的最大應(yīng)力值，時(shí)間內(nèi)引起斷裂的最大應(yīng)力值，v 如：如：=300MPa，表示在，表示在700時(shí)，持續(xù)時(shí)間時(shí)，持續(xù)時(shí)間為為100 h的持久強(qiáng)度極限值為的持久強(qiáng)度極限值為300 MPa。v3、高溫疲勞強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度v 在高溫疲勞時(shí)只有條件疲勞極限，即把在某一規(guī)在高溫疲勞時(shí)只有條件疲勞極限，即把在某一規(guī)定的循環(huán)次數(shù)（一般采用定的循環(huán)次數(shù)（一般采用107108次）下而不斷裂次）下而不斷裂時(shí)的最大應(yīng)力作為疲勞極限。時(shí)的最大應(yīng)力作為疲勞極限。2022/10/114、應(yīng)力松弛、應(yīng)力松弛v 應(yīng)力松弛現(xiàn)象是在具有恒定總變形的零件中，應(yīng)力松弛現(xiàn)象是在具有恒定總變形的零件中，隨時(shí)間延長(zhǎng)而自行降低應(yīng)力的現(xiàn)象。隨時(shí)間延長(zhǎng)而自行降低應(yīng)力的現(xiàn)象。蒸汽管道螺栓蒸汽管道螺栓需要經(jīng)常擰緊需要經(jīng)常擰緊 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，彈性變形變成了塑彈性變形變成了塑性變形性變形,從而使應(yīng)從而使應(yīng)力不斷降低力不斷降低?原子易發(fā)生擴(kuò)散原子易發(fā)生擴(kuò)散2022/10/11 二、提高熱強(qiáng)性的途徑二、提高熱強(qiáng)性的途徑16 1.強(qiáng)化基體：基體金屬熔點(diǎn)基體金屬熔點(diǎn)：T熔，熔，金屬原子間結(jié)合力。金屬原子間結(jié)合力。鐵、鎳、鉬基等依次鐵、鎳、鉬基等依次合金晶格類型合金晶格類型：fcc-Fe bcc-Fe,奧氏體型鋼要比奧氏體型鋼要比 F、M、P型鋼的蠕變抗力高型鋼的蠕變抗力高固溶體結(jié)合力固溶體結(jié)合力：合金化：合金化固溶體原子間結(jié)合固溶體原子間結(jié)合 力，力，Mo、Cr、Mn、Si作用較大作用較大2022/10/11圖6-5常見(jiàn)合金元素對(duì)工業(yè)純鐵蠕變極限的影響1Mo使蠕變極限提高3倍。Cr、Mn、Si也提高蠕變極限。2022/10/112.強(qiáng)化晶界 高溫晶界強(qiáng)度低，適當(dāng)降低晶粒度，減少晶界數(shù)量高溫晶界強(qiáng)度低，適當(dāng)降低晶粒度，減少晶界數(shù)量是常用的方法，另外，還可以采用是常用的方法，另外，還可以采用a.凈化晶界；凈化晶界；b.填充晶界空位；填充晶界空位；c.晶界沉淀強(qiáng)化等手段強(qiáng)化晶界。晶界沉淀強(qiáng)化等手段強(qiáng)化晶界。凈化晶界凈化晶界：雜質(zhì)易偏聚在晶界，形成易熔夾雜物：雜質(zhì)易偏聚在晶界，形成易熔夾雜物 晶界強(qiáng)度。晶界強(qiáng)度。RE、B優(yōu)先結(jié)合雜質(zhì)，形成優(yōu)先結(jié)合雜質(zhì)，形成 高熔點(diǎn)化合物；異質(zhì)晶核高熔點(diǎn)化合物；異質(zhì)晶核從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)。從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)。填充空位填充空位：晶界上空位多，原子易快速擴(kuò)散。：晶界上空位多，原子易快速擴(kuò)散。B 易偏聚晶界，易偏聚晶界，晶界空位。晶界空位。2022/10/113.析出強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）v耐熱鋼大多用高熔點(diǎn)碳化物作強(qiáng)化相，如耐熱鋼大多用高熔點(diǎn)碳化物作強(qiáng)化相，如MC，M23C6，M6C，更高溫度則用金屬間化合物作強(qiáng)化相，如，更高溫度則用金屬間化合物作強(qiáng)化相，如Ni3（Al、Ti），），Ni3Ti，Ni3Al等等v在鉬鋼和釩鋼中加入Nb和Ta使沉淀強(qiáng)化相Mo2C、V4C3成分復(fù)雜化，穩(wěn)定性更好，高溫強(qiáng)度好。加入彌散化合物、氧化物、硼化物和氮化物等使用溫度提高到0.80.85Tm。彌散質(zhì)點(diǎn)，彌散質(zhì)點(diǎn)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度強(qiáng)度 有效有效性和程度的關(guān)鍵是質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、大小、分布、性和程度的關(guān)鍵是質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、大小、分布、穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。2022/10/11 4.熱處理v12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼的蠕變強(qiáng)度與微觀組織密切相關(guān)。爐冷得到鐵素體珠光體；空冷得到粒狀貝氏體鐵素體馬氏體；淬火馬氏體組織。v高溫回火后馬氏體的持久強(qiáng)度最高高溫回火后馬氏體的持久強(qiáng)度最高，其次貝氏體，鐵素體加珠光體最差。熱處理熱處理珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度珠光體熱強(qiáng)鋼的蠕變強(qiáng)度2022/10/116.1.3耐熱鋼的合金化耐熱鋼的合金化Cr：鋼抗氧化性主要元素。形成致密而穩(wěn)定的鋼抗氧化性主要元素。形成致密而穩(wěn)定的 Cr2O3。T，Cr。如。如600650，需要，需要 5%Cr；800時(shí)，為時(shí)，為12%Cr。固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化Mo、W：低合金熱強(qiáng)性重要元素。固溶強(qiáng)化，低合金熱強(qiáng)性重要元素。固溶強(qiáng)化，析出穩(wěn)定相。析出穩(wěn)定相。2022/10/11Al：抗氧化性的有效元素?？寡趸缘挠行г亍Ｔ谠?000時(shí)，時(shí)，6%Al18%Cr水平。水平。冶金工冶金工 藝性，使鋼變脆。藝性，使鋼變脆。不能單獨(dú)加入，作為輔助不能單獨(dú)加入，作為輔助 合金化元素。合金化元素。Si：抗氧化性的輔助元素。但效果比抗氧化性的輔助元素。但效果比Al還要有還要有 效，使鋼脆性大，用效，使鋼脆性大，用Si代替部分代替部分Cr。G化，化，K聚集長(zhǎng)大。一般在聚集長(zhǎng)大。一般在23%Si。用于滲碳罐，抗?jié)B性好。用于滲碳罐，抗?jié)B性好。2022/10/11 Ni：獲得奧氏體組織：獲得奧氏體組織 Ti、Nb、V：形成穩(wěn)定：形成穩(wěn)定K，鋼松弛穩(wěn)定性，鋼松弛穩(wěn)定性，熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性 C：較低溫度時(shí)強(qiáng)化鋼，：較低溫度時(shí)強(qiáng)化鋼，G化，化，K聚集長(zhǎng)聚集長(zhǎng) 大大 盡可能盡可能C。2022/10/11本章內(nèi)容本章內(nèi)容 6.1 基本概念基本概念k6.2 熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼 6.3 抗氧化鋼抗氧化鋼2022/10/11 6.2熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼refractory steel 6.2.1珠光體熱強(qiáng)鋼珠光體熱強(qiáng)鋼v珠光體耐熱鋼是指在正火狀態(tài)下，顯微組織主要是珠光體鐵素體的一類耐熱鋼。高的高溫強(qiáng)度和良好的持久塑性，足夠的抗氧化性和耐腐蝕性，組織穩(wěn)定性好，良好的工藝性能。按用途主要有鍋爐鋼管、緊固件和轉(zhuǎn)子用按用途主要有鍋爐鋼管、緊固件和轉(zhuǎn)子用鋼等幾大類。鋼等幾大類。2022/10/11普遍普遍問(wèn)題問(wèn)題 組織不穩(wěn)定，如片狀組織不穩(wěn)定，如片狀P球化、球化、K長(zhǎng)長(zhǎng)大、大、G化，化，強(qiáng)度強(qiáng)度，管子爆裂，管子爆裂合金合金化化 0.2%C 球化、球化、K長(zhǎng)大、長(zhǎng)大、G化化 采用采用 Cr-Mo-V系系 Mo、W、Cr 固溶強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化，K長(zhǎng)大和長(zhǎng)大和G化，化，Cr抗氧化性和耐蝕性；抗氧化性和耐蝕性；6.2.1.1低碳低碳珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼（鍋爐管子用鋼）（鍋爐管子用鋼）2022/10/11VTi直接作用直接作用間接作用間接作用形成穩(wěn)定形成穩(wěn)定MC型型K，彌散強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，熱強(qiáng)度熱強(qiáng)度使更多使更多Mo、W、Cr固溶，固溶，熱強(qiáng)度熱強(qiáng)度 典型鋼號(hào)典型鋼號(hào)12Cr1MoVG是用量較大的鋼管是用量較大的鋼管材料，材料，15CrMoG、12CrMoVG等等.v為什么低合金熱強(qiáng)鋼都用Cr、Mo、V合金化 2022/10/11圖圖6-6未球化，珠光體中碳化物略呈片狀未球化，珠光體中碳化物略呈片狀 圖圖6-7輕度球化，珠光體區(qū)域中碳化物開(kāi)始分輕度球化，珠光體區(qū)域中碳化物開(kāi)始分散，并開(kāi)始向晶界擴(kuò)散，珠光體形態(tài)尚明顯。散，并開(kāi)始向晶界擴(kuò)散，珠光體形態(tài)尚明顯。圖圖6-8中度球化，珠光體區(qū)域中的碳中度球化，珠光體區(qū)域中的碳化物已明顯分散，并已向晶界聚集，化物已明顯分散，并已向晶界聚集，珠光體尚保留其形態(tài)珠光體尚保留其形態(tài) 圖圖6-9完全球化，珠光體已基本完全球化，珠光體已基本消失，球狀碳化物分布在晶界及消失，球狀碳化物分布在晶界及鐵素體基體上，分散度大鐵素體基體上，分散度大 2022/10/11圖圖6-11 1級(jí)石墨化，現(xiàn)象不明級(jí)石墨化，現(xiàn)象不明顯，游離碳占顯，游離碳占20%左右。左右。b降降低不明顯，低不明顯，ak7%圖圖6-12 2級(jí)明顯石墨化，游離碳占級(jí)明顯石墨化，游離碳占40%左右。左右。2-3級(jí)時(shí)級(jí)時(shí)b降低降低8-10%，ak4-7%圖圖6-10 原始組織原始組織2022/10/11緊緊固固件件處于初緊預(yù)應(yīng)處于初緊預(yù)應(yīng)力狀態(tài)工作力狀態(tài)工作高的屈服強(qiáng)度、高的屈服強(qiáng)度、松弛穩(wěn)定性，松弛穩(wěn)定性，缺口敏感性小，缺口敏感性小，一定抗氧化性一定抗氧化性CCr/Mo/V常用鋼：常用鋼：35CrMoV、25Cr2MoV鋼常用作中壓鋼常用作中壓 氣輪機(jī)的螺栓和螺母材料，氣輪機(jī)的螺栓和螺母材料，25Cr2Mo1V鋼鋼 在高壓電廠中廣泛使用在高壓電廠中廣泛使用6.2.1.2中碳珠光體耐熱鋼中碳珠光體耐熱鋼（緊固件用鋼）（緊固件用鋼）2022/10/11轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子主軸、葉輪主軸、葉輪或整鍛轉(zhuǎn)子或整鍛轉(zhuǎn)子過(guò)熱蒸汽，復(fù)雜應(yīng)過(guò)熱蒸汽，復(fù)雜應(yīng)力（扭力（扭/彎彎/熱等）熱等）熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致的綜合力學(xué)性能的綜合力學(xué)性能淬透性。淬透性。常用鋼：汽輪機(jī)葉輪常用中碳珠光體熱強(qiáng)鋼常用鋼：汽輪機(jī)葉輪常用中碳珠光體熱強(qiáng)鋼 制造。如制造。如35Cr2MoV、33Cr3WMoV鋼。鋼。6.2.1.3轉(zhuǎn)子用鋼（轉(zhuǎn)子用鋼（中碳中碳珠光體耐熱鋼（珠光體耐熱鋼（Cr高）高）2022/10/116.2.2 馬氏體耐熱鋼v一、葉片用鋼（低碳）一、葉片用鋼（低碳）v 在在Crl3型馬氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)一型馬氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)一步合金化發(fā)展了步合金化發(fā)展了Crl2型馬氏體耐熱鋼。型馬氏體耐熱鋼。v 15Cr12WMoV、22Cr12NiMoWV等，等，工作溫度可在工作溫度可在600左右。左右。v 常用于大功率火力發(fā)電機(jī)組。常用于大功率火力發(fā)電機(jī)組。2022/10/11 二、二、內(nèi)燃機(jī)排氣閥鋼（中碳）鋼（中碳）內(nèi)燃機(jī)排氣閥工作條件非?？量虄?nèi)燃機(jī)排氣閥工作條件非?？量?常在常在700750工作，受到燃?xì)獾母邷馗ぷ?，受到燃?xì)獾母邷馗g、氧化腐蝕和沖刷腐蝕磨損，熱疲勞。蝕、氧化腐蝕和沖刷腐蝕磨損，熱疲勞。常用鋼號(hào)有常用鋼號(hào)有42Cr9Si2、40Cr10Si2Mo，采用采用1050淬火加熱、油冷，淬火加熱、油冷，700左右左右回火，組織為回火索氏體，保持馬氏體回火，組織為回火索氏體，保持馬氏體形貌特征。形貌特征。高于高于750750的閥門(mén)需要采用奧的閥門(mén)需要采用奧氏體型熱強(qiáng)鋼氏體型熱強(qiáng)鋼 2022/10/116.2.3 奧氏體型高溫合金奧氏體型高溫合金v珠光體及馬氏體耐熱鋼均為-Fe基，在使用溫度超過(guò)750以上，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都不足以保證良好的使用性能，這時(shí)必須采用-Fe基奧氏體耐熱鋼或耐熱合金v-Fe基奧氏體耐熱鋼比-Fe基耐熱鋼具有更高的熱強(qiáng)性，原因在于：v 1）-Fe晶型的原子間結(jié)合力比-Fe大；v 2）-Fe中Fe及其他元素原子的擴(kuò)散系數(shù)小，再結(jié)晶溫度高，其再結(jié)晶溫度可以達(dá)到800以上，而-Fe再結(jié)晶溫度為450600。2022/10/11v鐵基合金又分為：v1.固溶強(qiáng)化型GH1015(06Cr21Ni37Mo3W6Nb):v2.碳化物時(shí)效強(qiáng)化型GH2036(35Cr13Ni8Mo1Mn9NbTi):v國(guó)外：45Cr25Ni20（HK40日）v 50Cr25Ni3550Cr25Ni35（HPHP日）日）v 50Cr25Ni33NbW。v3.金屬間化合物強(qiáng)化型GH2130(022Cr15Ni36W2Ti3B):vGH高溫，第一個(gè)數(shù)字1：固溶強(qiáng)化型，第一個(gè)數(shù)字2：沉淀強(qiáng)化型2022/10/116.3 抗氧化鋼抗氧化鋼 v 抗氧化鋼用于工業(yè)爐的構(gòu)件、爐底板、爐罐等。抗氧化鋼用于工業(yè)爐的構(gòu)件、爐底板、爐罐等。v F型是在型是在F型不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展形成。型不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展形成。v A型抗氧化鋼是在型抗氧化鋼是在A不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。v A型抗氧化鋼目前主要有鉻型抗氧化鋼目前主要有鉻-鎳系和鉻鎳系和鉻-錳錳-氮系。鉻氮系。鉻-錳錳-氮系奧氏體型抗氧化鋼在氮系奧氏體型抗氧化鋼在950以下有較好的抗以下有較好的抗氧化性，且有較高的高溫強(qiáng)度，工藝性不如鉻氧化性，且有較高的高溫強(qiáng)度，工藝性不如鉻-鎳系鎳系抗氧化鋼?？寡趸摗低鎳奧氏體抗氧化鋼，使用比較多的有低鎳奧氏體抗氧化鋼，使用比較多的有26Cr18Mn12Si2N和和 22Cr20Mn10Ni2Si2N鋼。鋼。2022/10/11 溫度對(duì)鋼的使用來(lái)說(shuō)有很大的影響，是關(guān)鍵因溫度對(duì)鋼的使用來(lái)說(shuō)有很大的影響，是關(guān)鍵因素。在高溫條件下工作的零部件就其材料成分、素。在高溫條件下工作的零部件就其材料成分、性能要求及失效機(jī)理和一般常溫下的零件相比，性能要求及失效機(jī)理和一般常溫下的零件相比，有很大的不同。有很大的不同。鋼的高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性是耐熱鋼設(shè)計(jì)與處鋼的高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性是耐熱鋼設(shè)計(jì)與處理工藝的主要矛盾。從合金化考慮，主要措施有理工藝的主要矛盾。從合金化考慮，主要措施有原子結(jié)合力、強(qiáng)化晶界、穩(wěn)定相的彌散強(qiáng)化。原子結(jié)合力、強(qiáng)化晶界、穩(wěn)定相的彌散強(qiáng)化。不同合金的耐熱鋼有其適宜的使用溫度范圍。不同合金的耐熱鋼有其適宜的使用溫度范圍。本章小結(jié)本章小結(jié)2022/10/11基本要求：基本要求：高溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、抗氧化性抗氧化性強(qiáng)化途徑：強(qiáng)化途徑：基體強(qiáng)化，基體強(qiáng)化，原子原子結(jié)合力，結(jié)合力，熔點(diǎn)熔點(diǎn)晶界強(qiáng)化，凈化晶界強(qiáng)化，凈化雜質(zhì)，填充空位雜質(zhì)，填充空位彌散強(qiáng)化，第二相彌散強(qiáng)化，第二相細(xì)小、彌散、均布細(xì)小、彌散、均布工藝措施：熱處理工藝措施：熱處理組組織織穩(wěn)穩(wěn)定定基本合金化：基本合金化：CrCr：抗氧化性主要抗氧化性主要元素，元素，CrCr2 2O O3 3致密穩(wěn)定，致密穩(wěn)定，Mo/W:Mo/W:熱強(qiáng)性，熱強(qiáng)性，原子結(jié)合力。原子結(jié)合力。Ti/V Ti/V 熱強(qiáng)性，熱強(qiáng)性，K K彌散穩(wěn)定，彌散穩(wěn)定，促進(jìn)促進(jìn)CrCr、MoMo作用作用2022/10/11P P熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼M M熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼A熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼抗抗氧化鋼氧化鋼特點(diǎn)：特點(diǎn)：F+PF+P組織，鍋爐管組織不穩(wěn)定現(xiàn)象：組織，鍋爐管組織不穩(wěn)定現(xiàn)象：P P球化長(zhǎng)大，石墨化，球化長(zhǎng)大，石墨化，MeMe擴(kuò)散重新分布，擴(kuò)散重新分布，緊固件應(yīng)有高松弛穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)子應(yīng)有高熱強(qiáng)性緊固件應(yīng)有高松弛穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)子應(yīng)有高熱強(qiáng)性和穩(wěn)定性。和穩(wěn)定性。一般一般600600特點(diǎn)：汽輪機(jī)葉片鋼，具有高淬透性和回火特點(diǎn)：汽輪機(jī)葉片鋼，具有高淬透性和回火穩(wěn)定性，在成分一定時(shí)，控制加工溫度可調(diào)整穩(wěn)定性，在成分一定時(shí)，控制加工溫度可調(diào)整F量，工作溫度量，工作溫度750以下以下.42Cr9Si242Cr9Si2氣閥鋼氣閥鋼700700特點(diǎn)：高的熱強(qiáng)性和抗氧化性，塑性和可焊性特點(diǎn)：高的熱強(qiáng)性和抗氧化性，塑性和可焊性好，導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大，熱疲勞性稍差。好，導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大，熱疲勞性稍差。工作溫度在工作溫度在750以上。以上。特點(diǎn)：耐熱構(gòu)件，抗氧化性要滿足，特點(diǎn)：耐熱構(gòu)件，抗氧化性要滿足，F(xiàn)抗氧化鋼抗氧化鋼適宜作退火爐罩、熱交換器等，工作溫度約適宜作退火爐罩、熱交換器等，工作溫度約1080 。A抗氧化鋼可作各種加熱爐底板、抗氧化鋼可作各種加熱爐底板、風(fēng)扇軸、滲碳罐等，工作溫度在風(fēng)扇軸、滲碳罐等，工作溫度在1000-1200 。12CrMoV12CrMoV25Cr2MoV25Cr2MoV35CrMoV35CrMoV等等14Cr11MoV14Cr11MoV21Cr12Mo21Cr12Mo42Cr9Si242Cr9Si206Cr19Ni9NbN06Cr17Ni12Mo206Cr18Ni11TiF 型型-06Cr13Al16Cr25NA 型型-16Cr25Ni20Si2